ARM 寄存器组织

   
（ARM9有37个寄存器，ARM7有27个，好像是这样的）

37个寄存器=
        7个未分组寄存器（R0～R7）+ 2×（5个分组寄存器R8～R12）
      +6×2（R13=SP，R14=lr 分组寄存器） + 1(R15=PC)
      +1(CPSR) + 5(SPSR)

用途和访问权限：
R0～R7:USR(用户模式)、fiq（快速中断模式）、irq（中断模式）、svc（超级用法模式）、abt、und
R8～R12：R8_usr～R12_usr（usr，irq，svc，abt，und）
         R8_fiq～R12_fiq（fiq） 
R11=fp
R12=IP(从反汇编上看，fp和ip一般用于存放SP的值)

R13～R14：R13_usr R14_usr(每种模式都有自己的寄存器)
SP ～lr ：R13_fiq R14_fiq
          R13_irq R14_irq
          R13_svc R14_svc
          R13_abt R14_abt
          R13_und R14_und
R15(PC)：都可以访问（即PC的值为当前指令的地址值加8个字节）
R16    ：（(Current Program Status Register，当前程序状态寄存器)）
           SPSR _fiq,SPSR_irq,SPSR_abt,SPSR_und(USR模式没有)

ARM微处理器支持7种运行模式，分别介绍如下：

用户模式(usr)：ARM处理器正常的程序执行状态。
快速中断模式(fiq)：用于高速数据传输或通道处理。
外部中断模式(irq)：用于通用的中断处理。
管理模式(svc)：操作系统使用的保护模式。
数据访问终止模式(abt)：当数据或指令预取终止时进入该模式，可用于虚拟存储及存储保护。
系统模式(sys)：运行具有特权的操作系统任务。
未定义指令中止模式(und)：当未定义的指令执行时进入该模式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真。

（转）

2.10  寄存器组织

ARM微处理器共有37个32位寄存器，其中31个 为通用寄存器，6个为状态寄存器。但是这些寄存器不能被同时访问，具体哪些寄存器是可编程访问的，取决于微处理器的工作状态及具体的运行模式。但在任何时 候，通用寄存器R14～R0、程序计数器PC、一个或两个状态寄存器都是可访问的。

2.10.1  ARM状态下的寄存器组织

(1)   通用寄存器

通用寄存器包括R0～R15，可以分为3类。

①    未分组寄存器R0～R7

在所有的运行模式下，未分组寄存器都指向同一个物理寄存器，它们未被系统用作特殊的用途，因此，在中断或异常处理进行运行模式转换时，由于不同的处理器运行模式均使用相同的物理寄存器，可能会造成寄存器中数据的破坏，这一点在进行程序设计时应引起    注意。

②    分组寄存器R8～R14

对于分组寄存器，它们每一次所访问的物理寄存器与处理器当前的运行模式有关。

对于R8～R12来说，每个寄存器对应两个不同的物理寄存器，当使用fiq模式时，访问寄存器R8_fiq～R12_fiq；当使用除fiq模式以外的其他模式时，访问寄存器R8_usr～R12_usr。

对于R13、R14来说，每个寄存器对应6个不同的物理寄存器，其中的一个是用户模式与系统模式共用，另外5个物理寄存器对应于其他5种不同的运行模式。

采用以下的记号来区分不同的物理寄存器：

R13_

R14_

其中，mode为以下几种模式之一：usr、fiq、irq、svc、abt、und。

寄存器R13在ARM指令中常用作堆栈指针，但这只是一种习惯用法，用户也可使用其他的寄存器作为堆栈指针。而在Thumb指令集中，某些指令强制性的要求使用R13作为堆栈指针。

由于处 理器的每种运行模式均有自己独立的物理寄存器R13，在用户应用程序的初始化部分，一般都要初始化每种模式下的R13，使其指向该运行模式的栈空间。这 样，当程序的运行进入异常模式时，可以将需要保护的寄存器放入R13所指向的堆栈，而当程序从异常模式返回时，则从对应的堆栈中恢复，采用这种方式可以保 证异常发生后程序的正常执行。

R14 也称作子程序连接寄存器(Subroutine Link Register)或连接寄存器LR。当执行BL子程序调用指令时，R14中得到R15(程序计数器PC)的备份。其他情况下，R14用作通用寄存器。与 之类似，当发生中断或异常时，对应的分组寄存器R14_svc、R14_irq、R14_fiq、R14_abt和R14_und用来保存R15的返回 值。

寄存器R14常用在如下的情况。

在每一种运行模式下，都可用R14保存子程序的返回地址，当用BL或BLX指令调用子程序时，将PC的当前值复制给R14，执行完子程序后，又将R14的值复制回PC，即可完成子程序的调用返回。以上的描述可用指令完成。

执行以下任意一条指令：

MOV PC, LR

BX LR

在子程序入口处使用以下指令将R14存入堆栈：

STMFD SP！,{,LR}

对应的，使用以下指令可以完成子程序返回：

LDMFD SP！,{,PC}

R14也可作为通用寄存器。

③    程序计数器PC(R15)

寄存器 R15用作程序计数器(PC)。在ARM状态下，位[1:0]为0，位[31:2]用于保存PC；在Thumb状态下，位[0]为0，位[31:1]用于 保存PC；虽然可以用作通用寄存器，但是有一些指令在使用R15时有一些特殊限制，若不注意，执行的结果将是不可预料的。在ARM状态下，PC的0和1位 是0，在Thumb状态下，PC的0位是0。

R15虽然也可用作通用寄存器，但一般不这么使用，因为对R15的使用有一些特殊的限制，当违反了这些限制时，程序的执行结果是未知的。

由于ARM体系结构采用了多级流水线技术，对于ARM指令集而言，PC总是指向当前指令的下两条指令的地址，即PC的值为当前指令的地址值加8个字节。

在ARM状态下，任一时刻可以访问以上所讨论的16个通用寄存器和一到两个状态寄存器。在非用户模式(特权模式)下，则可访问到特定模式分组寄存器，图2.3说明在每一种运行模式下，哪一些寄存器是可以访问的。

ARM状态下的通用寄存器与程序计数器

ARM状态下的程序状态寄存器

图2.3  ARM状态下的寄存器组织

(2)   寄存器R16

寄存器R16用作CPSR(Current Program Status Register，当前程序状态寄存器)，CPSR可在任何运行模式下被访问，它包括条件标志位、中断禁止位、当前处理器模式标志位，以及其他一些相关的控制和状态位。

每一种运行模式下又都有一个专用的物理状态寄存器，称为SPSR(Saved Program Status Register，备份的程序状态寄存器)，当异常发生时，SPSR用于保存CPSR的当前值，从异常退出时则可由SPSR来恢复CPSR。

由于用户模式和系统模式不属于异常模式，它们没有SPSR，当在这两种模式下访问SPSR，结果是未知的。